摘 要：專門針對危險(xiǎn)區(qū)域設(shè)計(jì)的GE Fanuc MTL MOST開放式控制系統(tǒng)可直接安裝于裝置現(xiàn)場危險(xiǎn)區(qū)域，本文介紹了GE Fanuc MOST控制系統(tǒng)的特點(diǎn)及其在油碼頭中的應(yīng)用。
關(guān)鍵詞：碼頭，危險(xiǎn)區(qū)域，本質(zhì)安全，控制系統(tǒng)，浪涌保護(hù)器
GE Fanuc MOST Control System and Application In Oil Dock
Abstract: GE Fanuc MTL MOST open control system is designed to directly installed in dangerous area. This article introduces the features and application in oil dock of GE Fanuc MOST control system.
Keywords: oil dock, dangerous area, intrinsic safety, control system
1. 引言
　　海南煉化30萬噸級原油碼頭和10萬噸級成品油碼頭由1個(gè)原油泊位和4個(gè)成品油泊位組成，是目前國內(nèi)規(guī)模最大，技術(shù)水平最高的輸油碼頭，承擔(dān)了海南煉化原材料輸入和最終產(chǎn)品輸出的任務(wù)。輸油碼頭屬于危險(xiǎn)防爆2區(qū)裝置，設(shè)備分布非常分散，主要控制的對象有溫度、壓力、流量、閥門等，這就要求其控制方案必須有一套完善的控制、聯(lián)鎖、報(bào)警和急停系統(tǒng)去完成工藝參數(shù)的采集與監(jiān)控。
　　海南煉化在新建油品碼頭過程中，針對裝置的防火防爆要求，以及設(shè)備分布較分散，控制對象要求較高等情況，選用了GE Fanuc公司的MOST開放式控制系統(tǒng)，收到控制效果好、精度高和投資省的較好結(jié)果，滿足了海南煉化油口碼頭的生產(chǎn)要求。
2. 控制系統(tǒng)硬件配置設(shè)計(jì)
　　海南煉化原油和成品油碼頭各自采用獨(dú)立的控制系統(tǒng)，共由5個(gè)現(xiàn)場控制站組成。其中原油碼頭占用2個(gè)控制站，成品油碼頭占用3個(gè)控制站，原油和成品油碼頭控制室各設(shè)1個(gè)操作站和1個(gè)工程師站組成?？刂普九c操作站相互之間采用百兆級冗余以太網(wǎng)連接，組成一個(gè)完整的控制系統(tǒng)，如圖1所示。
　　2.1控制站
　　原油碼頭控制系統(tǒng)中包括2個(gè)控制站、1臺操作站、1臺工程師站兼操作員站。其中1#控制站放置在1#原油泊位現(xiàn)場控制室內(nèi)，原油引橋控制站則直接放置在距離控制室兩千米左右的裝置現(xiàn)場，因此對硬件系統(tǒng)的防爆性能、通訊系統(tǒng)、工作范圍、可靠性、魯棒性以及防腐蝕能力要求較高。每個(gè)控制站均采用冗余控制器、冗余電源、冗余網(wǎng)絡(luò)的原則進(jìn)行配置，其中1#控制站由4個(gè)電源模塊、2個(gè)控制器、24個(gè)I/O模塊組成，原油引橋控制站由2個(gè)電源模塊、2個(gè)控制器、8個(gè)I/O模塊組成。
　　成品油碼頭控制系統(tǒng)中包括3個(gè)控制站、1臺操作站、1臺工程師站兼操作員站。其中2#泊位控制站放置在2#泊位現(xiàn)場控制室內(nèi)，4#泊位控制站放置在4#泊位控制室成品油碼頭控制系統(tǒng)中包括3個(gè)控制站、1臺操作站、1臺工程師站兼操作員站。其中2#泊位控制站放置在2#泊位現(xiàn)場控制室內(nèi)，4#泊位控制站放置在4#泊位控制室小、2個(gè)控制器、24個(gè)I/O模塊組成，4#泊位控制站由2個(gè)電源模塊、2個(gè)控制器、60個(gè)I/O模塊組成，消防泵房控制站由2個(gè)電源模塊、2個(gè)控制器、16個(gè)I/O模塊組成。

　　其中原油碼頭1#泊位控制站與成品油碼頭2#泊位控制站提供冗余的Modbus接口與海南煉化罐區(qū)DCS系統(tǒng)進(jìn)行通訊，便于罐區(qū)操作人員及時(shí)掌握碼頭生產(chǎn)操作的運(yùn)行狀態(tài)。
　　成品油碼頭裝船時(shí)需要對油品進(jìn)行計(jì)量，因此對計(jì)量系統(tǒng)的要求非常高，因此2#泊位控制站和4#泊位控制站除了接收現(xiàn)場質(zhì)量流量計(jì)的4～20mA瞬時(shí)流量信號，同時(shí)提供冗余的Modbus接口與質(zhì)量流量計(jì)進(jìn)行RS485通訊，接收瞬時(shí)流量、密度、累積量等信息。正常情況下以通訊值為準(zhǔn)，通訊中斷時(shí)以4～20mA信號為準(zhǔn)，實(shí)現(xiàn)多方案對油口輸出裝船計(jì)量進(jìn)行監(jiān)控。
　　2.2 控制器
　　根據(jù)碼頭裝置生產(chǎn)的特點(diǎn)，CPU模塊選擇了MOST混合控制器，該控制器具有高度靈活的數(shù)據(jù)采集輸入輸出和控制功能，可實(shí)現(xiàn)常規(guī)控制、邏輯控制和順序控制?？刂破鞑捎?66MHz 32位微處理器，25M內(nèi)存，雙以太網(wǎng)和雙串行通訊接口，支持API、現(xiàn)場總線、ModBus、HART、點(diǎn)對點(diǎn)通訊以及OPC，可以實(shí)現(xiàn)冗余配置，可直接安裝在危險(xiǎn)2區(qū)。一個(gè)控制器最多可安裝64個(gè)I/O模塊，支持熱插拔。雙路電源供電。
　　冗余控制器配置中，冗余控制器互為備用，同步接收輸入信號數(shù)據(jù)，同步執(zhí)行控制計(jì)算，同時(shí)互相傳送計(jì)算結(jié)果。當(dāng)一個(gè)控制器監(jiān)測到錯(cuò)誤時(shí)，無故障的控制器可以立刻接著進(jìn)行控制，實(shí)現(xiàn)無擾動(dòng)切換。
　　2.3 IO模塊
　　MOST系統(tǒng)的電源、控制器和I/O模塊可以直接安裝危險(xiǎn)2區(qū)，部分I/O模塊內(nèi)置本質(zhì)安全型安全柵，無需額外安裝安全柵，通道隔離、監(jiān)測以及LED指示，支持多種信號類型，支持在線熱插拔。模擬量輸入A/D轉(zhuǎn)換分辨率達(dá)到16位，模擬量輸出A/D轉(zhuǎn)換分辨率達(dá)到12位，能夠?qū)ΜF(xiàn)場回路進(jìn)行檢測，內(nèi)置輸入變量線性化、工程單位轉(zhuǎn)換、開平方濾波、報(bào)警及冷端溫度補(bǔ)償運(yùn)算功能。IO卡件具備最快20ms模擬量調(diào)節(jié)功能，10ms數(shù)字量控制功能和1msSOE控制功能。
3. DCS系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)
　　MTL公司提供整個(gè)區(qū)域的系統(tǒng)軟件，主要包括MOST系統(tǒng)組態(tài)、控制策略軟件WorkBench和人機(jī)界面HMI軟件。
　　3.1 系統(tǒng)組態(tài)和控制軟件
　　系統(tǒng)使用Workbench進(jìn)行系統(tǒng)硬件和控制策略的組態(tài)。整個(gè)控制軟件涵蓋了閥門控制回路、報(bào)警聯(lián)鎖回路、計(jì)量累積回路，馬達(dá)控制回路等全部的油品碼頭生產(chǎn)自控程序。
　　所有的回路控制和聯(lián)鎖功能在現(xiàn)場控制站獨(dú)立運(yùn)行。通過控制站的網(wǎng)絡(luò)功能，控制站與控制室的操作站進(jìn)行通訊聯(lián)系。操作人員的操作控制指令由操作站通過網(wǎng)絡(luò)下達(dá)至控制站。
　　3.2 人機(jī)界面軟件
　　操作站人機(jī)界面（HMI）軟件應(yīng)是基于Windows XP操作系統(tǒng)的軟件?？梢詣?chuàng)建強(qiáng)大的、功能齊全的監(jiān)控系統(tǒng)，充分利用Microsoft Windows的先進(jìn)功能，包括ActiveX控件、OLE、圖形、網(wǎng)絡(luò)等。還可以通過添加自定義ActiveX控件、向?qū)?、常?guī)對象、以及創(chuàng)建來擴(kuò)充的功能。操作站人機(jī)界面（HMI）軟件主要完成實(shí)時(shí)監(jiān)控、歷史記錄，數(shù)據(jù)采集、系統(tǒng)報(bào)警及打印報(bào)表等重要功能。
　　采用高性能計(jì)算機(jī)作為監(jiān)控系統(tǒng)支撐硬件平臺，以Windows XP和組態(tài)軟件構(gòu)成監(jiān)控系統(tǒng)運(yùn)行平臺。提供友好的人機(jī)交互界面功能、圖形處理功能、報(bào)表處理功能、報(bào)警處理功能、查詢功能、用戶權(quán)限管理功能等。
　　3.3 文件資料
　　整個(gè)DCS系統(tǒng)文件資料包括：系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖、系統(tǒng)配置圖、IO清單、機(jī)柜布置圖、電源分配圖、接線圖、控制回路圖、邏輯聯(lián)鎖圖等。
4. 控制系統(tǒng)實(shí)施
　　通過對DCS系統(tǒng)配置的審查，最終確定以上整體方案。DCS系統(tǒng)的組態(tài)、現(xiàn)場設(shè)備安裝、調(diào)試和投用過程大約花費(fèi)了60個(gè)工作日。由于使用了Workbench的Strategy進(jìn)行組態(tài)，整個(gè)組態(tài)過程相當(dāng)方便、快捷。出錯(cuò)率也相當(dāng)?shù)?。整個(gè)系統(tǒng)一次開車成功。
5. 控制系統(tǒng)性能分析與改進(jìn)
　　對于使用于防爆2區(qū)的控制系統(tǒng)，MOST控制系統(tǒng)相比其他廠商的DCS系統(tǒng)來說相對較便宜。其節(jié)省投資的部分主要來自于節(jié)省了危險(xiǎn)/安全區(qū)安全柵的設(shè)備投資。其次，由于控制站可以安裝在控制現(xiàn)場，一次儀表只須連接到現(xiàn)場控制站而非全部連接到中央控制室。這樣就節(jié)省了信號電纜，這對控制裝置分布較散、區(qū)域較大的控制系統(tǒng)來說，就顯得尤為重要，可節(jié)省大量的電纜投資。碼頭裝置屬于典型的分散性裝置
　　原油碼頭和成品油碼頭控制系統(tǒng)自2006年7月開始投入運(yùn)行，運(yùn)行情況良好。迄今為止，DCS系統(tǒng)已經(jīng)安全、無故障運(yùn)行長達(dá)16000小時(shí)。其間經(jīng)歷了一個(gè)夏季高溫的考驗(yàn)。在夏季高溫時(shí)期，機(jī)柜內(nèi)部最高溫度62℃。經(jīng)過三個(gè)夏季的考驗(yàn)，證明MOST系統(tǒng)可耐較高的氣溫。沒有發(fā)生過控制器因高溫而中止運(yùn)行或復(fù)位重啟等故障現(xiàn)象。
　　MOST系統(tǒng)的硬件結(jié)構(gòu)簡潔，安裝方便，接線故障率少，可靠性較高。軟件的組態(tài)也較方便，花費(fèi)時(shí)間少，維護(hù)方便、直觀。圖形化的編程方式給用戶的組態(tài)，調(diào)試和維護(hù)有很大的幫助。在線調(diào)試功能使監(jiān)控?cái)?shù)據(jù)一目了然，方便查找編程錯(cuò)誤。提供的功能模塊能滿足自控系統(tǒng)的要求，組態(tài)調(diào)用很方便。
　　目前碼頭控制系統(tǒng)只能夠?qū)崿F(xiàn)單純的開關(guān)閥門，無法實(shí)現(xiàn)定量開閥和定量裝船?？梢詫⒚織l輸油管線的最后一個(gè)閥門改為調(diào)節(jié)閥，即可實(shí)現(xiàn)定量開閥和定量裝船。此外，整個(gè)碼頭的調(diào)度位于成品油碼頭，無法從操作站看到原油碼頭的實(shí)時(shí)信息。如果能夠?qū)⒊善酚秃驮痛a頭網(wǎng)絡(luò)連成一個(gè)網(wǎng)絡(luò)，就可以實(shí)現(xiàn)上述要求。但是由于兩個(gè)碼頭距離在八千米左右，光纜的成本會(huì)非常高。目前已有可以直接安裝在防爆2區(qū)的無線以太網(wǎng)交換機(jī)進(jìn)入市場，可以選擇無線交換機(jī)實(shí)現(xiàn)兩個(gè)碼頭網(wǎng)絡(luò)的互聯(lián)。
6. 結(jié)束語
　　經(jīng)過近三年的運(yùn)行，MOST系統(tǒng)在碼頭生產(chǎn)監(jiān)控中扮演了重要角色，滿足了高溫、高壓、高危險(xiǎn)介質(zhì)的控制要求，為今后油碼頭裝置的建設(shè)和生產(chǎn)積累了寶貴經(jīng)驗(yàn)。
參考文獻(xiàn)：
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